معماری ARM بر تخت پادشاهی ابرکامپیوترها تکیه زد

پردازنده‌های x86 و رایانه‌های لینوکسی تا سال‌ها پیشتاز بلامنازع دنیای ابرکامپیوترها بودند. لینوکس همچنان تمام فهرست ۵۰۰ ابرکامپیوتر برتر دنیا را به‌طور کامل در اختیار دارد. پردازنده‌های x86 نیز تاکنون بر بازار ابرکامپیوترها سلطه داشتند، اما ابرکامپیوتر فوگاکوی ژاپن در تاریخ ۲۲ ژوئن با پردازنده ۴۸ هسته‌ای A64FX و با سیستم عامل RHEL (توزیعی لینوکسی محصول شرکت ردهت) حالا به نخستین ابرکامپیوتر مبتنی بر ARM تبدیل شده که توانسته لقب سریع‌ترین کامپیوتر دنیا را از آن خود کند.

این ابرکامپیوتر نسبت به رتبه دوم فاصله نسبتا زیادی ایجاد کرده است، چون توان پردازشی HPL آن برابر ۴۱۵.۵ پتافلاپ برآورد شده در حالی که این رقم ۲.۸ برابر بیشتر از توان سیستم IBM Summit اینتل است که در رده بعدی قرار دارد.

فوجیتسو از مدت‌ها پیش با کنار گذاشتن معماری SPARC و حرکت به سمت تراشه A64FX مبتنی بر ARM در تلاش برای ساخت پردازنده‌ای با سرعتی بسیار بالاتر بود. محصول این شرکت حالا اولین پردازنده‌ای است که از سیستم SVE نسخه ARMv8-A استفاده می‌کند. این سیستم افزونه‌ای مبتنی بر مجموعه دستورالعمل‌هایی است که به‌طور اختصاصی برای ابرکامپیوترها در نظر گرفته شده. فوجیتسو با همکاری ARM تراشه A64FX را تولید کرده است.

حداکثر توانایی فوگاکو، در حالت تک‌پردازشی یا با کاهش دقت، این ابرکامپیوتر را به اولین ابرکامپیوتری تبدیل می‌کند که موفق به عبور از آستانه ۱۰۰۰ پتافلاپ – یا ۱ اگزافلاپ – می‌شود. کامپیوتر فوگاکو در مرکز علوم پردازشی RIKEN در کوبه ژاپن قرار دارد. از این دستگاه برای یادگیری‌های ماشینی و هوش مصنوعی استفاده می‌شود.

در حال حاضر AMD و Cray در حال همکاری با وزارت انرژی ایالات متحده هستند تا با کمک آزمایشگاه ملی اوک ریج بتوانند ابرکامپیوتری با پردازنده EPYC و گرافیک Radeon Instinct بسازند که رسما در سال ۲۰۲۱ قادر به شکستن دیوار اگرافلاپ باشد. این دستگاه که فرانتیر نام دارد عملا رقیب مستقیم فوگاکو به حساب می‌آید.

با این وجود، فعلا سامیت IBM با کمک پردازنده Power9 و گرافیک انویدیا تسلا V100 در رده دوم سریع‌ترین ابرکامپیوترهای دنیا قرار دارد. توان این دستگاه ۱۴۸.۸ پتافلاپ است. در جایگاه سوم نام Sierra متعلق به آزمایشگاه ملی لارنس لایومور (LLNL) دیده می‌شود که ۹۴.۶ پتافلاپ توان دارد. این ابرکامپیوتر هم مثل سامیت از پردازنده Power9 و گرافیک انویدیا تسلا V100 استفاده می‌کند.

در رتبه چهارم ابرکامپیوتر Sunway TaihuLight چینی قرار دارد که توان آن ۹۳ پتافلاپ است و از پردازنده ۲۶۰ هسته‌ای SW26010 استفاده می‌کند. رده پنجم متعلق به (Tianhe-2A (Milky Way-2A چینی است که این دستگاه نیز ۶۱.۴ ترافلاپ قدرت دارد و از پردازنده اینتل زئون و هم‌پردازنده‌های اختصاصی Matrix-2000 بهره می‌برد.

از میان این پنج ابرکامپیوتر قدرتمند فقط یکی مجهز به معماری x86 اینتل است. اما این معماری همچنان به عنوان برترین معماری پردازنده‌های بازار به کار خود ادامه می‌دهد. در فهرست ۵۰۰ کامپیوتر قدرتمند دنیا ۴۸۱ مورد از x86 استفاده می‌کنند. از این موارد ۴۶۹ مورد متعلق به اینتل، ۱۱ مورد متعلق به AMD و تنها یک مورد متعلق به Hygon است. پردازنده‌های ARM فقط در چهار ابرکامپیوتر از این فهرست وجود دارند که سه تای آن ها از پردازنده جدید A64FX فوجیتسو استفاده می‌کنند و آخری پردازنده ThunderX2 شرکت Marvell است.

چین با ۲۲۶ مورد بیشترین تعداد ابرکامپیوترها را در فهرست TOP500 در اختیار دارد. رتبه دوم با ۱۱۴ ابرکامپیوتر متعلق به آمریکاست و ژاپن با ۳۰ کامپیوتر در رده سوم قرار گرفته است. فرانسه و آلمان نیز به‌ترتیب با ۱۸ و ۱۶ ابرکامپیوتر جایگاه‌های بعدی را تصاحب کرده‌اند. آمریکا از لحاظ توان پردازشی خام از چین بالاتر است و ۶۴۴ پتافلاپ را در برابر ۵۶۵ پتافلاپ در اختیار دارد. ژاپن هم به لطف فوگاکو مجموعا توانی معادل ۵۳۰ پتافلاپ را در دست گرفته است.

همان طور که در ابتدای مطلب گفتیم، تمام ۵۰۰ ابرکامپیوتر این فهرست از سال ۲۰۱۷ به سیستم عامل لینوکس مجهز هستند.